本发明涉及植入式生物医学器件领域，更具体地，涉及一种基于超声驱动的无源植入式双相脑刺激器件。
背景技术：
1、帕金森病的有效治疗是一个重要的医学难题，深部脑刺激(dbs)作为一种神经调控疗法，已被美国食品和药物管理局(fda)批准并广泛用于治疗帕金森病患者。然而，作为dbs的核心部件—深脑刺激器，其能量供应一直存在挑战，基于经皮导线的传统外部电源方案容易引发组织感染，引入电池会由于其需要定期更换带来二次手术问题。此外，帕金森病的有效电刺激频率在100-200hz之间，属于一种高频“治疗频率”。而实现这种刺激频率具有挑战性，一旦刺激电极上的电荷在连续刺激脉冲之间未消散，会带来组织损伤和电解等危害，所以临床批准的传统神经电刺激疗法是通过交替充电和放电的双相刺激方式去实现“电荷平衡”。因此，为实现安全、有效的治疗帕金森病，攻克无线供能和刺激频率的关键技术难题，研制基于超声驱动的无源植入式双相脑刺激器具有重要意义。
2、近年来，基于超声驱动的无线能量传输技术因超声波具有穿透力强、能量易于集中、无电磁干扰、方向性好和生物安全等诸多优点而备受关注。
3、例如在现有文献zhang t,liang h,wang z,et al.piezoelectric ultrasoundenergy–harvesting device for deep brain stimulation and analgesiaapplications[j].science advances,2022,8(15):eabk0159.中，zhu等人报道了一种基于超声驱动的脑刺激器，此技术中虽然改善了刺激器的供能问题，但也存在着器件只能输出单相脉冲，也无法做到100hz以上的高频刺激的问题。
技术实现思路
1、为了克服或缓解以上一个或多个技术问题，本发明目的是提供一种基于超声驱动的无源植入式双相脑刺激器件，采用外部的双频超声驱动同时输出双相脉冲，在改善了供能问题的基础上，同时改善了高频刺激下的电解问题，在100-250hz的高刺激频率下不会发生电解。
2、本发明提供了如下的技术方案：
3、一种基于超声驱动的无源植入式双相脑刺激器件，其包括：
4、双压电层结构，用于由外部双频超声探头产生高频和低频信号驱动产生响应输出交流电信号；所述双压电层结构包括高频压电层(11)和低频压电层(12)；
5、频率调控层(2)为选择性对低频超声信号具有高透射率的衍射声栅型单层声学超材料(21)，所述声学超材料(21)为带有周期性圆柱形槽结构的铜板，设于高频压电层(11)和低频压电层(12)之间；
6、双相整流电路(3)连接于所述高频压电层(11)和低频压电层(12)的输出电极，将所述高频压电层(11)和低频压电层(12)的交流信号分别转为直流信号，通过差分输出产生双相刺激脉冲，所述双相整流电路(3)后端连接刺激电极(5)，对脑部特定位置产生双相电脉冲；双相整流电路(3)位于设于高频压电层(11)、频率调控层(2)、低频压电层(12)的一侧，所述双压电层结构、所述频率调控层(2)和所述双相整流电路(3)外由封装层封装。
7、在上述实施方式中，基于超声驱动的无源植入式双相脑刺激器件，采用双频超声驱动，超声波具有无线能量传输、穿透力强、能量易于集中、无电磁干扰、方向性好和生物安全性等优点。刺激电极输出双相电脉冲，大大减轻在连续刺激下电极上的电荷积累带来的组织损伤和电解等危害，使其更加的安全和高效。双压电层结构分别对双频超声产生响应，通过对超声发射系统时序的调节，在上下两层压电层引出的电极之间产生双相的脉冲输出。
8、根据一些实施方式，所述声学超材料(21)包括铜板制成的声学本体(211)，在声学本体(211)上表面设置多个呈阵列排列圆柱形的声槽(212)，所述声槽(212)内填充水。
9、根据上述实施方式，声学超材料的带槽状结构，选择性对低频信号透过，对高频信号衰减。
10、根据一些实施方式，所述声学本体(211)厚度为2.2mm；单个所述声槽(212)的直径0.4mm、深度0.8mm，所述声槽(212)之间槽距为0.5mm。
11、在上述实施方式中，双压电层之间加入带槽状结构的声学超材料作为频率调控层。频率调控层为单层结构，其厚度仅为2.2mm，使得整体器件可以更加小型化，频率调控层可以对1mhz与3mhz超声实现选择性透过，仅对1mhz超声具有高透过性，对3mhz超声以及其他频率超声具有高衰减性，在施加高频超声期间可以有效的减少其对低频压电层的干扰，同时对于低频超声有较好的透过性，使得输出的双相电刺激信号更为纯净同时可以提高输出强度。
12、根据一些实施方式，所述高频压电层(11)的谐振频率为3mhz，所述低频压电层(12)的谐振频率为1mhz。
13、根据一些实施方式，制造所述高频压电层(11)和低频压电层(12)的材质均选自sm-pmnpt压电单晶片。
14、在上述实施方式中，相比较传统的由zno、pzt陶瓷、pzt 1-3复合材料以及knn 1-3复合材料制成的压电器件显示出较低的能量密度，sm-pmnpt压电单晶具有优异的压电性能和介电性能，由其制成的压电器件的饱和输出功率密度实现飞跃，达到1.1w/cm2。
15、根据一些实施方式，所述sm-pmnpt压电单晶片经过精密切割和磁控溅射，形成特定尺寸的高频、低频压电阵元。
16、在上述实施方式中，使制造的基于超声驱动的无源植入式双相脑刺激器件更加的小型化、集成化，便于植入，同时可以使其对对应频率产生高功率的输出。
17、根据一些实施方式，所述封装层为具有生物相容性的pdms壳体，所述封装层包括顶部pdms封装层(41)和底部pdms封装层(43)，匹配层(42)用于提高超声透过效率，所述匹配层(42)、所述高频压电层(11)、所述频率调控层(2)、所述低频压电层(12)自上而下封装于所述顶部pdms封装层(41)和所述底部pdms封装层(43)之间。
18、相比于现有技术，本发明具备以下有益效果：
19、本发明提供的基于超声驱动的无源植入式双相脑刺激器件，采用双频超声驱动，超声波具有无线能量传输、穿透力强、能量易于集中、无电磁干扰、方向性好和生物安全性等优点，单层的声学超材料仅对单一频率具有高透射率，其为单层结构，具有小型化、易于集成等优点。通过刺激电极输出双相电脉冲，大大减轻在连续刺激下电极上的电荷积累带来的组织损伤和电解等危害，使其更加的安全和高效。双压电层结构分别对双频超声产生响应，通过对超声发射系统时序的调节，在上下两层压电层引出的电极之间产生双相的脉冲输出。
1.一种基于超声驱动的无源植入式双相脑刺激器件，其包括：
2.根据权利要求1所述基于超声驱动的无源植入式双相脑刺激器件，其特征在于：所述声学超材料(21)包括铜板制成的声学本体(211)，在声学本体(211)上表面设置多个呈阵列排列圆柱形的声槽(212)，所述声槽(212)内填充水。
3.根据权利要求2所述基于超声驱动的无源植入式双相脑刺激器件，其特征在于：所述声学本体(211)厚度为2.2mm；单个所述声槽(212)的直径0.4mm、深度0.8mm，所述声槽(212)之间槽距为0.5mm。
4.根据权利要求1所述基于超声驱动的无源植入式双相脑刺激器件，其特征在于：所述高频压电层(11)的谐振频率为3mhz，所述低频压电层(12)的谐振频率为1mhz。
5.根据权利要求4所述基于超声驱动的无源植入式双相脑刺激器件，其特征在于：制造所述高频压电层(11)和低频压电层(12)的材质均选自sm-pmnpt压电单晶片。
6.根据权利要求5所述基于超声驱动的无源植入式双相脑刺激器件，其特征在于：所述sm-pmnpt压电单晶片经过精密切割和磁控溅射，形成特定尺寸的高频、低频压电阵元。
7.根据权利要求1所述基于超声驱动的无源植入式双相脑刺激器件，其特征在于：所述封装层为具有生物相容性的pdms壳体，所述封装层包括顶部pdms封装层(41)和底部pdms封装层(43)，匹配层(42)用于提高超声透过效率，所述匹配层(42)、所述高频压电层(11)、所述频率调控层(2)、所述低频压电层(12)自上而下封装于所述顶部pdms封装层(41)和所述底部pdms封装层(43)之间。
